Анализ экосистем проводился главным образом на основе изучения трех групп характеристик: распространения определенных видов в различных компонентах; функциональных свойств, таких, как перенос энергии и круговорот питательных веществ, а также реакции экосистем на определенные их нарушения, которая изучалась в самое последнее время.
Четвертой группой свойств, которые, по-видимому, также имеют важное значение, служит группа параметров, ответственных за аллелопатическое регулирование. При проведении анализа мы уделяем основное внимание положительным взаимодействиям среди компонентов экосистем. Под положительными взаимодействиями мы понимаем такие, которые обычно приводят к сохранению функциональной интеграции, биотической устойчивости и саморегулированию. В противоположность этому отрицательными взаимодействиями являются те, которые ведут к снижению биотической устойчивости и потере функциональной интеграции. С целью обеспечения эффективного использования ресурсов и устойчивости систем во времени в будущем при управлении агроэкосистемами попытаются извлечь пользу из этих положительных взаимодействий. Мы приравниваем положительные взаимодействия к согласованно действующим взаимоотношениям между организмами, где взаимодействия взаимовыгодны. Некоторые агрономы в настоящее время рассматривают микроорганизмы, не имеющие отношения к сельскохозяйственным культурам, как чрезвычайно антагонистические. Мы предполагаем, что связь между антагонистическими и согласованными взаимодействиями существует в среде, а методы управления могут определять превалирование одних из них над другими.
Показаны различные взаимоотношения между компонентами природной и сельскохозяйственной экосистем. Этот рисунок демонстрирует распределение питательных веществ между главными компонентами природной экосистемы. Управление системой изменяет распределение питательных веществ. Их перенос от первичных продуцентов к потребителям (консументам) снижается в результате применения инсектицидов. В течение вегетационного периода перенос питательных веществ от первичных продуцентов в подсистемы разложения органических веществ регулируется применением гербицидов и проведением агротехнических мероприятий, которые изменяют время поступления этих веществ к редуцентам. В конце вегетационного периода первичные продуценты могут быть перемещены вниз по профилю почвы, что, в свою очередь, может служить имйульсом к повышению активности редуцентов. Подсистема разложения органических веществ и растительных остатков сама ненамеренно регулируется применением пестицидов и возделыванием сельскохозяйственных культур. Обработка способствует заделке растительных остатков в минеральную почву, что ускоряет их разложение.
Общим результатом этих мероприятий по регулированию системы являются нарушение обычного или консервативного круговорота питательных веществ и увеличение скорости их поступления в абиотическую фазу. Относительно большие приток питательных веществ (с удобрениями) и вынос первичной продукции. Как следствие поступления значительного количества питательных веществ в экосистему и нарушения ее функционирования предполагается существенная потеря питательных веществ со стоком, что может вызвать загрязнение окружающей среды.
Четырехсекционная модель является сильно упрощенной абстракцией круговорота питательных веществ в экосистеме. Однако она действительно демонстрирует отрицательный вклад некоторых методов управления. Свойства саморегулирования, характерные для природных систем, в сельскохозяйственных системах изменяются или подавляются. Взаимодействия в пределах системы могут не различаться по типу, но они наверняка различны по интенсивности.
Перенос питательных веществ в основные компоненты природных экосистем и агроэкосистем. В природных системах внутренний круговорот питательных веществ значительно превосходит их поступление из атмосферы и потери на вымывание из почв (верхний рисунок). В агроэкосистемах методы управления включают контроль за организмами-потребителями с помощью инсектицидов, контроль за первичными продуцентами с помощью гербицидов, проведение других агротехнических мероприятий и уборки урожая, а также контроль за разложением органических веществ и растительных остатков путем предпосевной культивации и последующих обработок почвы. Минеральные удобрения становятся главным источником притока питательных веществ в агроэкосистемах, а основной их выход получают с урожаем. Однако следует иметь в виду, что потери этих веществ в агроэкосистемах в результате вымывания также значительны.
В дальнейшем мы кратко рассмотрим некоторые из характеристик положительных взаимодействий в агроэкосистемах, особенно те, которые способствуют усилению процессов саморегулирования. Мы считаем, что в будущем будут предприняты попытки использовать положительные взаимодействия в новых методах управления агроэкосистемами.